Optimization of MR sensor geometry towards picotesla detection

Ricardo André Duarte Varela

Informações chave

Autores:

Ricardo André Duarte Varela (Ricardo André Duarte Varela)

Orientadores:

Susana Isabel Pinheiro Cardoso de Freitas (Susana Isabel Pinheiro Cardoso de Freitas)

Publicado em

13/11/2015

Resumo

Actualmente, as spinvalve são um dos sensores magnetoresistivos mais utilizados. A lista de aplicações é extensa, abrangendo várias áreas científicas, sendo demarcada pelos limites de detecção destes sensores. As técnicas mais eficientes, que permitem melhorar esta característica, requerem a utilização de estruturas com áreas extensas. O trabalho presente nesta tese destina-se a estudar uma nova técnica, que permite melhorar a de- tectividade destes sensores magnetoresistivos, sem requerer maiores áreas que as do próprio sensor. Esta técnica baseia-se na utilização de spinvalves conectadas em paralelo através de empacotamento vertical, invés da actual conexão paralela no plano, que envolve o aumento da área ocupada. As medições do ruído demonstram uma redução do ruído térmico com o número de spinvalves empacotadas M, em função de 1/Vm, tal como esperado teoricamente. Contudo, para o ruído 1/f, esta dependência não foi observada, tendo sido encontrada uma relação entre este ruído e a estabilidade magnética dos momentos magnéticos. Os sistemas de spinvalves empacotadas revelaram ainda redução da sensibilidade, o que indica que existem acoplamentos magnéticos entre estas spinvalves, afectando negativamente a sua detectividade. Ainda assim, foram observadas melhorias na detectividade, visto que um sistema composto por quatro spinvalves empacotadas apresentou melhores níveis de detectividade, especifica- mente 7.6 nTjy/Hz a 30 Hz (4.4 nT/\/Hz a 100 Hz), comparativamente com os valores de detectividade obtidos para uma spinvalve individual, 12.3 nT/VHz a 30 Hz (7.6 nT/VHz a 100 Hz). Esta influência foi investigada e, com base nas conclusões retiradas, são evidenciadas ideias para um futuro desenvolvimento desta técnica. Spinvalves are one of the most used magnetoresistive sensors nowadays. The range of applications is countless and is only limited by the detectivity performance of these sensors. Therefore, techniques that improve this capability are extremely important and have a huge impact in the future application of these sensors. The most ecient techniques comprehend a trade-o between detectivity and the spatial footprint. In this work, a new technique to improve detectivity without the loss in spatial resolution is studied. It is based in the parallel connection of spinvalve sensors by means of vertical packaging, instead of the usual in-plane parallel connections. The results of the noise measurements demonstrated a reduction of the thermal noise as a function of the number of spinvalve packaged (M) as 1= p M, as expected. The same dependency was not observed for 1/f noise, instead, a dependency with the magnetic stability of the magnetic moments was obtained. However, the detectivity levels of the packaged system did not improve as expected due to the change in the sensitivity of the spinvalve package. These in uence in the sensitivity was investigated, and, based on that, ideas to future work on this technique is presented.